CC BY
417
УДК 661.715.3
Р. Р. Салимгареев, С. В. Рачковский
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛЕНА
Ключевые слова: этилен, углеводороды, пиролиз.
В данной статье рассмотрена структура производства этилена, приводятся статистические данные за 2010 год о количестве произведенного этилена в РФ, а также кратко описывается физико-химические параметры процесса пиролиза.
Keywords: ethylene, hydrocarbons, pyrolysis.
This article examines the structure of production of ethylene, are the statistics for 2010 on the amount of ethylene produced in the Russian Federation, as well as a brief description ofphysical and chemical parameters of the pyrolysis process.
В настоящее время этилен является важным продуктом тяжелого органического синтеза. Этилен - органическое химическое соединение, формула которой С2Н4, как и пропилен является низшим олефином. При нормальных условиях - бесцветный горючий газ со слабым запахом, содержит двойную связь и поэтому относится к непредельным углеводородам. На основе этилена производится такие вещества как, винилацетат, дихлорэтан, полиэтилен, стирол, этилбензол и др. [1].
В промышленности для получения этилена применяют разнообразные процессы: пиролиз легких и тяжелых парафиновых и нафтеновых углеводородов, гидрирование ацетилена, дегидратация этилового спирта. Кроме того, этилен получается в качестве побочного продукта при термическом переработке твердого топлива, термическом и каталитическом крекинге нефти [2].
Основным промышленным методом получения этилена является высокотемпературное термическое расщепление (пиролиз) предельных углеводородов [3].:
CnH
пП2П+2 -
CnH2n + H2 - Qn
Структура сырья для пиролиза в целом по странам мира характеризуется разнообразием. Пиролизу в тех или иных количествах подвергают этан, пропан, бутан, бензины и газойли.
При выборе сырья пиролиза учитывают соотношение потребностей в получаемых продуктах, но важнейшим фактором, формирующим сырьевую базу, остается доступность тех или иных фракций переработки нефти и газа [4].
Структура сырья пиролиза различается по странам мира, так в США до 70% общего объема этилена вырабатывается из газообразных углеводородов, преимущественно из этана, природного и попутного газов, а в Западной Европе и Японии напротив 85-98% этилена производится пиролизом бензинов и газойлей [5].
В России установки пиролиза расположены на 10 предприятиях (табл. 1). Общая мощность пиролизных установок составляет более 3 млн. т/год. Загрузка пиролизных установок составляет около 80%. Производство этилена и пропилена на
крупнотоннажных установках (мощностью 600, 350 и 300 тыс. т/год) составляет около 78% [6].
Таблица 1 - Производство этилена
№ Название завода Процентное соотношение, %
1 Ангарский завод полимеров 8,3
2 Газпромнефтехим Салават 9,6
3 Казаньоргсинтез 15,4
4 Нефтехимия 2,2
5 Нижнекамск-нефтехим 25,0
6 Сибур-нефтехим 10,2
7 Сибур-Химпром 1,4
8 Ставролен 13,4
9 Томск-нефтехим 10,4
10 Уфаоргсинтез 3,9
В 2010 г. в России было получено 2 382,8 тыс. тонн этилена. Внутризаводское потребление этилена составляет 81% от общего объема производства. Основными поставщиками этилена на внутренний рынок являются Газпромнефтехим Салават, Нижнекамскнефтехим и Ангарский ЗП.
Процесс термического разложения углеводородов, состоит из многих элементарных реакций, которые протекают одновременно и последовательно. Эти реакции можно разделить на 3 основные группы:
а) реакции деструкции, идущие с образованием непредельных углеводородов
С2Н6 —> С2Н2 + Н2 2С2Н6 —* С2Н4 + 2СН4 С2Н4 —> С2Н2 +Н2 СэНа — СзНб + Н2 С3Н8 —► С2Н4 + СН4
б) реакции конденсации и полимеризации, ведущие к укрупнению молекул углеводородов и смолообразованию
СН4 + С2Н4 —> СэНа
2С2Н4 — С4На С2Н2 +С2Н4 —> С4Н6 С4Н +Н2 —► С4Н10 ЗС2Н2 —► СбНб
в) реакции прямого молекулярного распада с образованием кокса и водорода.
С2Н6 — 2С + 3Н2 СН4 — С + 2Н2 2С2Нб —* 2СН4 +Н2 +С2Н2 С3Н8 — 2СН4 + С
Реакции, относящиеся к первой группе, являются основными т. к. идут с образованием целевого продукта - этилена. Реакции второй и третьей групп протекают одновременно, и являются побочными[7].
Для проведения процесса используются вертикальные трубчатые печи. Они предназначены для огневого нагрева, испарения и разложения нефти и промежуточных продуктов ее переработки (рис. 1).
Рис. 1 - Вертикальная цилиндрическая печь: 1 -корпус; 2 - трубы; 3 - форсунки; 4 - радиирущий конус; 5 - дымовая труба
Пиролизная печь состоит из двух камер -конвекционной и радиантной. Основной процесс пиролиза происходит в радиантной камере, т.к. там наиболее высокая температура и здесь расположены трубы (змеевики), внутри которых и происходит термическое разложение углеводородов [8].
Змеевик трубчатой печи в большинстве случаев состоит из прямых труб длиной от 3 до 24 м, соединенных калачами или специальными двойниками со съемными пробками. Нагреваемая среда одним или несколькими потоками поступает в трубы конвективного змеевика, проходит трубы экранов и после нагрева до необходимой температуры выходит из печи [9].
В промышленности применяют трубчатые печи с поверхностью нагрева радиантных труб от 15 до 2000 м2, теплопроизводительностью от 0,5 до 100 МВт;, производительностью по нагреваемой среде до 8-10 кг/ч. В зависимости от технологического процесса температура нагреваемой среды на входе и выходе из печи изменяется от 70 до 900°C, давление нагреваемой среды - от 0,1 до 30 МПа.
В результате рассмотрения доступных материалов можно сделать вывод о том, что производство этилена является одной из ведущей частью нефтеперерабатывающей отрасли в РФ. С учетом огромных мощностей и высоких температур на производстве, актуальна проблема энергосбережения и утилизация тепла.
Литература
1. Царева Е.Е. Нефтеполимерные смолы в полимерной промышленности./ Вестник Казанского технологического университета, 2012, №7, с. 163-168.
2. Солодова Н.Л., Тереньева Н.А. Современное состояние и тенденции развития каталитического крекинга нефтяного сырья./ Вестник Казанского технологического университета, 2012, №1, с. 141-148.
3. Клименко А. П. Получение этилена из нефти и газа -М: Гостоптехиздат, 1962, с. 17-18.
4. Мухина Т. Н. Пиролиз углеводородного сырья - М: Химия, 1987, с. 11.
5. Horiuchi H. // Chem. Econ. a Eng. Rew. 1982. V. 14 N. 78 P. 35-41.
6. Мельникова С. А. Сырьевая база: пиролизые установки, состояние и проблемы. [Электронный ресурс]: Аналитические материалы за 2010 г. -Официальный сайт компании ЗАО Альянс-Аналитика, 2011. - Режим доступа: http://www.alliance-analytics.ru
7. Постоянный технологический регламент производства этилена IV очереди. Цех пиролиза и очистки газа № 1371-06. Том 1, с. 35-36.
8. Гуревич И. Л. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа. - М: Химия, 1972, с. 274.
9. Каталог Трубчатые печи. - М: Цинтихимнефтемаш, 1990, с. 4.
© Р. Р. Салимгареев - магистрант каф. машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; С. В. Рачковский - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.
© R. R. Salimgareev - the masters degree candidate, Department machines and the apparatuses for the chemical production KNRTU, [email protected]; S. V. Rachkovskij - associate professor, Department machines and the apparatuses for the chemical production KNRTU.
